本发明涉及抛光技术领域，特别是涉及一种用于氧化锆陶瓷3D抛光的抛光液及其制备方法。
背景技术：
氧化锆陶瓷材料具有硬度高、抗弯强度高、可加工性强、电学性能好和安全、无毒等优点，被广泛应用于3C电子、机械研磨、光通讯、医疗、航空等领域。尤其是随着手机、智能手表等3C电子产品的迅速普及，带动了氧化锆陶瓷加工技术的快速发展。化学机械抛光是氧化锆陶瓷实现表面精密加工的关键工艺，关于陶瓷抛光液的公开资料并不多。如CN 104694018A提供了一种用于二氧化锆陶瓷抛光的抛光粉的制备方法，该方法是将硝酸铈、氯化锡、碳酸钙、二氧化硅、氮化硅和氨水，按比例混合后再经过反应、固液分离、洗涤、焙烧、冷却，最后经过气流粉碎制得，工艺复杂，成本高，不利于产业化。CN 106978091A提供了一种酸性含磷化合物的抛光组合物，适合于镜面氧化锆陶瓷的抛光，且抛光效率较高，但其PH值1.5-4.5且含有磷化合物，为废液处理增加投入。CN 104046244A公开了一种经过锆改性的小粒径硅溶胶陶瓷抛光液，适用于瓷砖的釉面抛光，根据化学机械抛光原理，大粒径的硅溶胶(通常指粒度60-120nm)具有更好的切削力。CN 105385358A提出了一种大粒径硅溶胶抛光液，适用于陶瓷和蓝宝石两种材质连接工件的弧面抛光。
在现有的公开方法中，一般多是采用高速平面或球面抛光设备，该设备的一般构成是下盘(承载盘)和上盘(抛光盘)相对运动，同时上盘施加向下的压力，由二氧化硅胶体或其他研磨颗粒在高速旋转的抛光垫作用下，实现氧化锆陶瓷的表面抛光，但该工艺仅适合于平面、厚壁或者实心工件的加工，而对于3D曲面、薄片(厚度小于3mm)工件的加工，常规的平面或球面抛光设备及相关工艺完全达不到精度要求。因此，业界内已经出现专门针对3D曲面专用扫光机，如CN 106826510A、CN107020560A和CN107052972A，该类设备区别于现有抛光设备的关键在于上盘(抛光盘)采用软质刷头，完全或部分代替硬质抛光垫。如此，原来的抛光液，是作用在抛光垫的压力下，由抛光液与工件产生磨削力和化学反应，来达到抛光的目的，但在3D扫光机上得不到足够的压力和化学反应，抛光液的功效不能完全发挥，所以导致抛光效率低、工件表面质量缺陷等问题发生。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于氧化锆陶瓷3D抛光的抛光液及其制备方法，使其适合于具有软质刷头的3D抛光设备下的抛光应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于氧化锆陶瓷3D抛光的抛光液,包括如下重量百分含量的组分：
二氧化硅胶体10-50％
分散剂0.01-0.5％
抗结晶剂0.1-2％
缓蚀剂0.01-0.2％
表面活性剂0.01-0.5％
消泡剂0.01-0.5％
适量pH调节剂调节pH值在8.5-11.5，余量为去离子水；其中，二氧化硅胶体粒径为40-150nm。
进一步优选地，本发明的抛光液，包括如下重量百分含量的组分：
二氧化硅胶体35-40％
分散剂0.05-0.1％
抗结晶剂0.5-1％
缓蚀剂0.05-0.1％
表面活性剂0.05-0.1％
消泡剂0.05-0.1％
适量pH调节剂调节pH值在9.5-10.5，余量为去离子水。
进一步优选地，本发明的抛光液中，所述二氧化硅胶体粒径为80-110nm。
本发明的抛光液中，所述pH调节剂采用pH酸性调节剂或pH碱性调节剂，所述pH酸性调节剂采用盐酸、硝酸、草酸、柠檬酸、磷酸中的任一种；所述pH碱性调节剂采用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、三乙醇胺、乙二胺、四甲基氢氧化铵中的任一种。
本发明的抛光液中，所述分散剂采用PEG(聚乙二醇)和纤维素，重量配比为0.5-2：1；或所述分散剂采用PEG、纤维素和异丙醇，重量配比为0.5-2：1：0.5-2。
本发明的抛光液中，所述抗结晶剂采用山梨糖醇、乙二醇中的一种或多种。
本发明的抛光液中，所述缓蚀剂采用苯并三氮唑、咪唑、硅酸钠、硫脲中的一种或多种。
本发明的抛光液中，所述表面活性剂采用阴离子表面活性剂聚丙烯酸钠、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇中的一种或多种。
本发明的抛光液中，所述消泡剂采用聚醚消泡剂或有机硅消泡剂中的一种或多种。
上述用于氧化锆陶瓷3D抛光的抛光液的制备方法为，将所述二氧化硅胶体与分散剂按比例混合，分散剂事先分散至去离子水中，持续搅拌，在搅拌条件下，依次加入抗结晶剂、缓蚀剂、表面活性剂和消泡剂，最后在搅拌状态下使用pH调节剂调节pH值，使用去离子水调节含量。
化学机械抛光是一个复杂的多相反应过程，一方面是抛光液中的化学成分向陶瓷材料表面进行润湿、扩散，与化学成分中的氧化剂、活性剂等进行接触、反应使材料表面损伤层软化，提高抛光效率。另一方面，加工过程中，抛光垫和磨粒(二氧化硅颗粒)通过对材料表面的研磨，将化学作用过程形成的表面软化层剥离表面，使新的表面露出，从而保证化学作用继续进行。因此，吸附和解析，是保证抛光效率的必要条件，平面抛光和3D曲面抛光的差别在于，其吸附和解析平衡发生变化，需要从配方组成方面进行优化设计。本发明含有特定二氧化硅胶体颗粒，配合合适含量的分散剂、抗结晶剂、缓蚀剂、表面活性剂、消泡剂，各组分相互配合作用，组成的抛光液适合利用具有软质刷头的3D扫光机对氧化锆陶瓷材料的3D的曲面或薄片进行抛光，实验发现，本发明的抛光液，其粘度值在10-15cp(厘泊)，相对于现有技术产品的一般粘度值≤10cp，其粘度较高，可以很好地附着在3D扫光机上盘的软质刷头上，增加与被抛光氧化锆陶瓷的摩擦几率，抛光效率高、工件表面质量缺陷率极低，从而带来理想的抛光结果。
具体实施方式
本发明提供了一种用于氧化锆陶瓷3D抛光的抛光液，适合于3D抛光设备(上盘具有软质刷头的3D扫光机)条件下进行氧化锆陶瓷3D的曲面或薄片抛光，该抛光液包括如下重量百分含量的组分：二氧化硅胶体10-50％，优选35-40％；分散剂0.01-0.5％，优选0.05-0.1％；抗结晶剂0.1-2％，优选0.5-1％；缓蚀剂0.01-0.2％，优选0.05-0.1％；表面活性剂0.01-0.5％，优选0.05-0.1％；消泡剂0.01-0.5％，优选0.05-0.1％；适量pH调节剂调节pH值在8.5-11.5，优选9.5-10.5，余量为去离子水；其中，二氧化硅胶体粒径为40-150nm，优选80-110nm。
本发明的抛光液中含有特定二氧化硅颗粒，适合氧化锆陶瓷材料的3D抛光工艺。实验发现，本发明的抛光液，其粘度值在10-15cp(厘泊)，相对于现有技术产品的一般粘度值≤10cp，其粘度较高，可以很好地附着在3D扫光机上盘的软质刷头上，增加与被抛光氧化锆陶瓷的摩擦几率，抛光效率高、工件表面质量缺陷率极低，从而带来理想的抛光结果。
下面对本发明抛光液中的其它各组分进行详细说明。
本发明的抛光液中，pH调节剂采用pH酸性调节剂或pH碱性调节剂，所述pH酸性调节剂采用盐酸、硝酸、草酸、柠檬酸、磷酸中的任一种，优选盐酸；所述pH碱性调节剂采用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、三乙醇胺、乙二胺、四甲基氢氧化铵中的任一种，优选氢氧化钠。
本发明的抛光液中，分散剂采用PEG和纤维素，重量配比为0.5-2：1；或所述分散剂采用PEG、纤维素和异丙醇，重量配比为0.5-2：1：0.5-2。
本发明的抛光液中，抗结晶剂采用山梨糖醇、乙二醇中的一种或多种，优选山梨糖醇。
本发明的抛光液中，缓蚀剂采用苯并三氮唑、咪唑、硅酸钠、硫脲中的一种或多种，优选苯并三氮唑。
本发明的抛光液中，所述表面活性剂采用阴离子表面活性剂聚丙烯酸钠、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇中的一种或多种；优选脂肪醇聚氧乙烯醚。
本发明的抛光液中，所述消泡剂采用聚醚消泡剂、有机硅消泡剂中的一种或多种，优选聚醚消泡剂。
本发明的抛光液中，所述去离子水，用于均匀分散抛光液中的二氧化硅胶体、分散剂、抗结晶剂、缓蚀剂等，并调节合适的产品比重。
上述抛光液的制备方法如下：
将二氧化硅胶体与分散剂按比例混合(分散剂事先分散至去离子水中)，持续搅拌0.5-1.5小时，优选约1小时，在搅拌条件下，依次加入抗结晶剂、缓蚀剂、表面活性剂和消泡剂，最后在搅拌状态下使用pH调节剂调节pH值，使用去离子水调节含量。
为了带来更好的使用效果，最终该化合物的二氧化硅含量最好不低于20％，因此需要控制好各助剂的稀释比例和去离子水加入量。
下面通过具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
称取PEG2000 10g(去离子水200ML溶解)，纤维素10g(热水500ML溶解)，山梨糖醇50g(去离子水200ML)，苯并三氮唑5g(去离子水200ML溶解)，脂肪醇聚氧乙烯醚5g，聚醚消泡剂10g，依次加入到在搅拌状态下的10kg硅溶胶内(100nm硅溶胶)，搅拌1小时。最后在搅拌状态下使用氢氧化钠(5％溶液)调节PH值至10.5，使用去离子水调含量到40％。
实施例2
称取PEG2000 8g(去离子水300ML溶解)，纤维素8g(热水300ML溶解)，山梨糖醇100g(去离子水500ML溶解)，苯并三氮唑10g(去离子水200ML溶解),壬基酚聚氧乙烯醚5g，聚丙烯酸钠5g，聚醚消泡剂10g，依次加入到在搅拌状态下的10KG硅溶胶内(80nm硅溶胶)，搅拌1小时，最后在搅拌状态下使用氢氧化钾(5％溶液)调节PH值到10，使用去离子水调含量35％。
实施例3
称取PEG2000 5g(去离子水200ML溶解)，纤维素5g(热水300ML溶解)，山梨糖醇80g(去离子水300ML溶解)，苯并三氮唑8g(去离子水200ML溶解)，壬基酚聚氧乙烯醚5g，聚醚消泡剂10g，依次加入到在搅拌状态下的10KG硅溶胶内(120nm硅溶胶)，搅拌1小时。最后在搅拌状态下使用四甲基氢氧化铵调PH值到10.5，使用去离子水调含量40％。
上述实施例1-3及市售抛光液的技术指标对比如下：
采用上述实施例1-3及市售抛光液对3D氧化锆陶瓷手机背板进行化学机械抛光。
(一)抛光实验
机台:18B型扫光机，晶片：3D氧化锆陶瓷手机背板，上机片数：20片，机台、抛光液恒温：38-42℃，上盘软毛刷下压晶片，下压大概软毛长度15mm，下盘转速：45r/min，抛光液流量：200L/H，抛光时间：120min，纯水与抛光液配比1：1，温度测试：红外线测温枪，控温设备：机台内置升温与冷水机。
(二)实验结果
实施例1
实施例2
实施例3
市售1
(三)实验结论
通过上机测试，实施例1-3的表面效果要高于市售抛光液的表面效果，配方样品表面通透没有出现发雾状况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。